JP2009123600A - 燃料電池システム、燃料電池システムの異常検出方法、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】遮断弁からのガス漏れの検出精度を向上させる。
【解決手段】アイドリングストップ状態に移行する際、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧が形成された時の遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の変化に基づいて遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生していか否かを判断する。このようなガス漏れ検出処理によれば、遮断弁３ｃが水素ガス漏れに至らないような微小な異物を噛み込んでいる場合であっても、遮断弁３ｃからの水素ガス漏れがなければ遮断弁３ｃの下流側の圧力は目標圧力値に達し、遮断弁３ｃは正常状態にあると判定されるので、弁体の閉位置に基づいて遮断弁３ｃからの水素ガス漏れを検出する従来のガス漏れ検出処理と比較して、遮断弁３ｃからのガス漏れを精度高く検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、開閉動作により燃料ガスの流入出を制御する遮断弁を備える燃料電池システム及びその異常検出方法に関する。

従来より、水素ガス流路内に配設され、開閉動作により水素ガスの流入出を制御する遮断弁（シャットバルブ）を備える燃料電池システムにおいて、位置センサにより検出された弁体の閉位置が所定の閉位置と異なるか否かを判別することによって遮断弁が異物を噛み込んでいるか否かを判断することにより、遮断弁からの水素ガスの漏れ出しを検出するものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００６−２５２９２８号公報

従来の燃料電池システムは、弁体の閉位置が所定の閉位置と異なるか否かを判別することにより遮断弁からの水素ガスの漏れ出しを検出する構成になっているために、水素ガスの漏れ出しに至らないような微小な異物を噛み込んだ場合であっても、弁体の閉位置が所定の閉位置と異なることにより、遮断弁からの水素ガスの漏れ出しがあると誤検出することがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、遮断弁からのガス漏れの検出精度を向上可能な燃料電池システム、燃料電池システムの異常検出方法、及び車両を提供することにある。

本発明に係る燃料電池システム、燃料電池システムの異常検出方法、及び車両は、遮断弁の上流側と下流側との間に差圧が形成された時の遮断弁の下流側のガス圧力の変化に基づいて遮断弁からのガス漏れが発生していか否かを判断する。

本発明に係る燃料電池システム、燃料電池システムの異常検出方法、及び車両によれば、遮断弁がガス漏れに至らないような微小な異物を噛み込んだ場合にガス漏れと誤検出することがなく、遮断弁からのガス漏れの検出精度を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成及びその動作について説明する。

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の実施形態となる燃料電池システムは、車両駆動用の動力源として使用され、図１に示すように、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック１を備える。燃料電池は、燃料極と酸化剤極により挟持された電解質膜を備え、電解質膜は、高エネルギー密度化，低コスト化，及び軽量化を考慮して、固体高分子電解質膜により形成されている。固体高分子電解質膜は、フッ素樹脂系イオン交換膜等のイオン（プロトン）伝導性を有する高分子膜から成り、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池スタック１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。なお以下では燃料電池スタック１の温度を所定温度範囲内に保つための冷却機構の構成についての説明及び図示は省略する。

〔燃料極〕 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- …（１）
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ₂ ＋1/2 Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）
〔水素系の構成〕
燃料電池システムは、水素タンク２，遮断弁３ａ，遮断弁３ｂ，減圧弁４ａ，遮断弁３ｃ，及び調圧弁（蝶型弁，バタフライバルブ）４ｂを備え、水素タンク２から供給される水素の圧力を燃料電池スタック１の運転状態に適した圧力に調整した後、水素供給流路５を介して燃料電池スタック１の燃料極に水素を供給する。燃料極に供給される水素の圧力は、圧力センサ１８ｂにより検出される水素圧力をフィードバックして調圧弁４ｂを駆動することによって制御される。燃料極で未使用の水素は、水素循環流路６及びエゼクタ７を介して燃料極の上流側へ循環される。水素循環流路６及びエゼクタ７を設けることにより、燃料極で未使用の水素を再利用することが可能となり、燃料電池システムの燃費性能を向上させることができる。

水素循環流路６及びエゼクタ７を介して燃料極に戻る水素の循環流路には、酸化剤極側からリークした空気中の窒素等の不純物ガスや過剰な水分が液化した液水が蓄積することがある。これらの不純物ガスは、水素の分圧を低下させて発電効率を低下させたり、循環ガスの平均分子量を上昇させ水素の循環を困難にする。また液水は水素の循環を妨げる。このため燃料極の出口側には、水素排出流路８とこれを開閉するパージ弁９が設けられている。不純物ガスや液水が蓄積した際には、パージ弁９を短時間開き、不純物ガスや液水を系外へ排出するパージを行う。これにより、燃料極を含む水素の循環流路内の水素分圧や循環性能を回復できる。

〔空気系の構成〕
燃料電池システムは、外気を吸入して空気を圧送するコンプレッサ１０と、マイクロダストや硫黄分，コンプレッサ１０から排出されるオイル等をトラップするフィルタ１１、後述する凝縮器１４から供給される水分を利用して空気を加湿する膜加湿器等の加湿器１２とを備え、コンプレッサ１０から圧送された空気はフィルタ１１によって清浄化された後に加湿器１２により加湿され、加湿された空気は空気供給流路１３を介して燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される。燃料電池スタック１の酸化剤極出口側には、酸化剤極から排出された空気内に含まれる水分を凝縮して加湿器１２に供給する凝縮器１４と、凝縮器１４から排出された空気を圧力調整した後に空気排出流路１５を介して系外に排出する圧力制御弁１６が設けられている。酸化剤極に供給される空気の圧力は、圧力センサ１８ｃにより検出された空気圧力をフィードバックして圧力制御弁１６を駆動することによって制御される。

〔制御系の構成〕
燃料電池システムは、燃料電池スタック１を構成する燃料電池の電圧（セル電圧）を検出するセル電圧センサ１７と、遮断弁３ｃから排出された水素の圧力を検出する圧力センサ１８ａと、調圧弁４ｂから排出された水素の圧力を検出する圧力センサ１８ｂと、燃料電池スタック１に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ１８ｃと、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ１９と、空気排出流路１４中の水素濃度を検出する水素センサ２０と、燃料電池システム全体の動作を制御するコントローラ２１とを備える。コントローラ２１は、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサにより構成され、ＣＰＵがプログラムＲＯＭ内に記憶された制御プログラムを実行することにより各種機能を実現する。

〔ガス漏れ検出処理〕
このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ２１が以下に示すガス漏れ検出処理を実行することにより、遮断弁３ｃからの水素ガスの漏れ出しを検出する。以下、図２乃至図４に示すフローチャートを参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態となるガス漏れ検出処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。

〔第１の実施形態〕
始めに、図２に示すフローチャートを参照して、本発明の第１の実施形態となるガス漏れ検出処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。

図２に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されたタイミングで開始となり、ガス漏れ検出処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂが開状態から閉状態に切り換えられ、アイドルストップ信号がオフ状態からオン状態への遷移状態にあるか否かを判別することにより、燃料電池スタック１が発電状態から低負荷時又は無負荷時に発電を一時停止させるアイドルストップ状態への移行状態（アイドル移行時）にあるか否かを判別する。そしてコントローラ２１は、燃料電池スタック１が発電状態からアイドルストップ状態への移行時にあると判定したタイミング（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ１）でガス漏れ検出処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂを閉状態から開状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ２）。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ３）。この処理によれば、ステップＳ２の処理によって調圧弁４ｂが開状態にあるので、遮断弁３ｃの下流側にある水素ガスが燃料電池スタック１側に流れ、遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力が低下することにより、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に水素のガス圧力差（差圧）が生じる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力を圧力センサ１８ａにより検出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ４）。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃを閉状態から開状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ５）。この処理によれば、ステップＳ５の処理によって調圧弁４ｂが閉状態にあるので、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧がなくなる。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、コントローラ２１が、ステップＳ４の処理により検出された水素ガス圧力が目標圧力値になったか否かを判別する。判別の結果、図５（ｂ）の実線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値になった場合、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ１１の処理に進める。一方、図５（ｂ）の破線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ８の処理に進める。

ステップＳ８の処理では、コントローラ２１が、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数を計数するためのプログラムカウンタＮの値を１増数する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、コントローラ２１が、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上であるか否かを判別する。判別の結果、コントローラ２１はプログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上でない場合、ガス漏れ検出処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上である場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ３０の処理に進める。

ステップＳ１０の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃに何らかの異常が生じることによって遮断弁３ｃが閉状態にあるにも係わらず遮断弁３ｃから水素が漏れ出すことにより遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力が目標圧力値にならなかったと判断し、遮断弁３ｃに異常があると判定する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

ステップＳ１１の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃが正常な状態で動作していると判定する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、アイドリングストップ状態に移行する際、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧が形成された時の遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の変化に基づいて遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生していか否かを判断する。このようなガス漏れ検出処理によれば、遮断弁３ｃが水素ガス漏れに至らないような微小な異物を噛み込んでいる場合であっても、遮断弁３ｃからの水素ガス漏れがなければ遮断弁３ｃの下流側の圧力は目標圧力値に達し、遮断弁３ｃは正常状態にあると判定されるので、弁体の閉位置に基づいて遮断弁３ｃからの水素ガス漏れを検出する従来のガス漏れ検出処理と比較して、遮断弁３ｃからのガス漏れを精度高く検出できる。

本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、コントローラ２１は、アイドルストップ移行時に調圧弁４ｂを閉状態から開状態に切り換えることにより遮断弁３ｃの下流側にある水素を燃料電池スタック１側に放出させるので、正常時と異常時とで遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の変化挙動に差がつきやすくなり、遮断弁３ｃの異常を容易に判断できる。本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、コントローラ２１は、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数Ｎが所定値Ｎ_０以上である場合に遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生したと判断するので、遮断弁３ｃからのガス漏れをより精度高く検出できる。

本実施形態では、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧が形成された時に遮断弁３ｃの異常を判断したが、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に所定値以上の差圧が形成された時に遮断弁３ｃの異常を判断してもよい。このような処理によれば、正常時と異常時とで遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の変化挙動に差がよりつきやすくなるので、遮断弁３ｃの異常を容易に判断できる。

本実施形態では、遮断弁３ｃの下流側の圧力が目標圧力値になるか否かを判別することにより遮断弁３ｃの異常を検出したが、例えば遮断弁３ｃの下流側の圧力が規定時間内に所定圧力になるか否かや、遮断弁３ｃと調圧弁４ｃをそれぞれ閉状態及び開状態に設定した後の遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の下降率が正常時の下降率又は前回の下降率と同じであるか否かを検出することにより遮断弁３ｃの異常を検出するようにしてもよい。遮断弁３ｃの下流側の圧力が規定時間内に所定圧力になるか否かにより遮断弁３ｃの異常を検出するようにした場合、圧力と時間で二重の判断を行うことになるので、検出精度をより向上させることができる。

水素ガス圧力の下降率が正常時の下降率と同じであるか否かにより遮断弁３ｃの異常を検出するようにした場合、水素ガス圧力の下降率はガス圧力の検出開始直後の方が大きいので、短時間で遮断弁３ｃの異常を検出することができる。水素ガス圧力の下降率が前回の下降率と同じであるか否かにより遮断弁３ｃの異常を検出するようにした場合、遮断弁３ｃ以外の部品が劣化することによって下降率が変化したのにも係わらず遮断弁３ｃの異常と誤検出することを防止できる。

本実施形態では、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数Ｎが所定値Ｎ_０以上である場合に遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生したと判断したが、燃料電池システムを起動する際に遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生していると判断された回数が所定回数以上ある場合、燃料電池システムの起動を停止させてもよい。このような処理によれば、遮断弁３ｃの異常状態が異物の噛み込み等の作動中に回復する可能性がある異常である場合に車両を停止させないようにすることができる。

本実施形態では、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数Ｎが所定値Ｎ_０以上である場合に遮断弁３ｃからの水素ガス漏れが発生したと判断したが、燃料電池システムを起動する際に遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していると判断された回数が連続して所定回数以上ある場合、燃料電池システムの起動を停止させてもよい。このような処理によれば、バルブの傷つき等の永久的に回復しない遮断弁３ｃの異常状態を検出することができる。本実施形態では、アイドルストップ移行時に常に遮断弁３ｃの異常状態の判断を行ったが、コントローラ２１は、過去の判断結果及び判断時期に応じて判断実施の要否を決定してもよい。このような処理によれば、遮断弁３ｃや調圧弁４ｂの耐久性を向上させることができる。

本実施形態では、圧力センサ１８ａにより検出される遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力に基づいて遮断弁３ｃの異常を判定したが、遮断弁３ｃが異常状態にある場合には、図５（ｄ）に示すように調圧弁４ｂの下流側の圧力も正常時の状態から変化するので（実線：正常時の水素ガス圧力，破線：異常時の水素ガス圧力）、コントローラ２１は、圧力センサ１８ｂにより検出される調圧弁４ｂの下流側の圧力に基づいて遮断弁３ｃの異常を判定してもよいし、圧力センサ１８ａ，１８ｂの双方により検出される圧力値に基づいて遮断弁３ｃの異常を判定してもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、図３に示すフローチャートを参照して、本発明の第２の実施形態となるガス漏れ検出処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。

図３に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されたタイミングで開始となり、ガス漏れ検出処理はステップＳ２１の処理に進む。

ステップＳ２１の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂが開状態から閉状態に切り換えられ、アイドルストップ信号がオン状態にあり、調圧弁４ｂの下流側の圧力が大気圧に対し負圧になっているか否かを判別することにより、燃料電池スタック１がアイドルストップ状態にあるか否かを判別する。そしてコントローラ２１は、燃料電池スタック１がアイドルストップ状態にあると判定したタイミング（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ６）でガス漏れ検出処理をステップＳ２２の処理に進める。

ステップＳ２２の処理では、コントローラ２１が、パージ弁９を閉状態に設定してエゼクタ７を駆動することにより、水素循環流路６内で水素を循環させる。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２３の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ７）。この処理によれば、調圧弁４ｂの下流側の圧力が負圧であり、水素循環流路６内で水素が循環されているので、遮断弁３ｃと調圧弁４ｂとの間の水素供給流路５内にある水素が調圧弁４ｂを介して調圧弁４ｂの下流側に強制的に排出され、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧が形成される。調圧弁４ｂは弁体にシール機能が付与されていない蝶型弁であるので、遮断弁３ｃと調圧弁４ｂとの間の水素供給流路５内にある水素が調圧弁４ｂを介して調圧弁４ｂの下流側に流れるようになる。なお差圧を短時間で形成するように、アイドルストップ移行時と同様に調圧弁４ｂを閉状態から開状態に切り換えるようにしてもよい。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２４の処理に進む。

ステップＳ２４の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力を圧力センサ１８ａにより検出する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２５の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ８）。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２６の処理に進む。

ステップＳ２６の処理では、コントローラ２１が、エゼクタ７の駆動を停止することにより、水素循環流路６内での水素を循環を停止する。これにより、ステップＳ２６の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２７の処理に進む。

ステップＳ２７の処理では、コントローラ２１が、ステップＳ２４の処理により検出された水素ガス圧力が目標圧力値になったか否かを判別する。判別の結果、図５（ｂ）の実線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値になった場合、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ３１の処理に進める。一方、図５（ｂ）の破線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ２８の処理に進める。

ステップＳ２８の処理では、コントローラ２１が、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数を計数するためのプログラムカウンタＮの値を１増数する。これにより、ステップＳ２９の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ２８の処理に進む。

ステップＳ２９の処理では、コントローラ２１が、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上であるか否かを判別する。判別の結果、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上でない場合、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ２１の処理に戻す。一方、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上である場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ３０の処理に進める。

ステップＳ３０の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃに何らかの異常が生じることによって遮断弁３ｃが閉状態にあるにも係わらず遮断弁３ｃから水素が漏れ出すことにより遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力が目標圧力値にならなかったと判断し、遮断弁３ｃに異常があると判定する。これにより、ステップＳ３０の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

ステップＳ３１の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃが正常な状態で動作していると判定する。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力が大気圧に対し負圧になるアイドリングストップ時に負圧を利用して遮断弁３ｃの下流側にある水素ガスを燃料電池スタック１側に放出させるので、上記第１の実施形態となるガス漏れ検出処理による技術的効果に加えて、正常時と異常時とで遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力の変化挙動に差がよりつきやすくなり、遮断弁３ｃの異常を容易に判断できる。またアイドリングストップ時は負圧が安定的に一定になるので、遮断弁３ｃの異常の検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、コントローラ２１は、パージ弁９を閉状態に設定してエゼクタ７を駆動することによって水素循環流路６内で水素を循環させることにより、遮断弁３ｃの下流側にある水素ガスを燃料電池スタック１側に強制的に放出させるので、新しい部品を追加することなく、任意のタイミングで負圧を発生させることができる。本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、調圧弁４ｂを開閉させることなく遮断弁３ｃを開閉することにより遮断弁３ｃの異常状態を検出するので、調圧弁４ｂの耐久性を向上させることができる。

〔第３の実施形態〕
最後に、図４に示すフローチャートを参照して、本発明の第３の実施形態となるガス漏れ検出処理を実行する際のコントローラ２１の動作について説明する。

図４に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されたタイミングで開始となり、ガス漏れ検出処理はステップＳ４１の処理に進む。

ステップＳ４１の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂが閉状態から開状態に切り換えられ、アイドルストップ信号がオン状態からオフ状態への遷移状態にあるか否かを判別することにより、燃料電池スタック１がアイドルストップ復帰状態（アイドルストップ復帰時）にあるか否かを判別する。そしてコントローラ２１は、燃料電池スタック１がアイドルストップ復帰状態にあると判定したタイミング（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ９）でガス漏れ検出処理をステップＳ４２の処理に進める。

ステップＳ４２の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ９）。この処理によれば、調圧弁４ｂの下流側の圧力が負圧であるので、遮断弁３ｃと調圧弁４ｂとの間の水素供給流路５内にある水素が調圧弁４ｂを介して調圧弁４ｂの下流側に流れ、遮断弁３ｃの上流側と下流側との間に差圧が形成される。なお差圧を短時間で形成するように、アイドルストップ移行時と同様に調圧弁４ｂを閉状態から開状態に切り換えるようにしてもよい。これにより、ステップＳ４２の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ４３の処理に進む。

ステップＳ４３の処理では、コントローラ２１が、遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力を圧力センサ１８ａにより検出する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ４４の処理に進む。

ステップＳ４４の処理では、コントローラ２１が、調圧弁４ｂを開状態から閉状態に切り換える（図５に示す時間Ｔ＝Ｔ１０）。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ４５の処理に進む。

ステップＳ４５の処理では、コントローラ２１が、ステップＳ４３の処理により検出された水素ガス圧力が目標圧力値になったか否かを判別する。判別の結果、図５（ｂ）の実線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値になった場合、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ４９の処理に進める。一方、図５（ｂ）の破線で示すように水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ４６の処理に進める。

ステップＳ４６の処理では、コントローラ２１が、水素ガス圧力が目標圧力値にならなかった回数を計数するためのプログラムカウンタＮの値を１増数する。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、ガス漏れ検出処理はステップＳ４７の処理に進む。

ステップＳ４７の処理では、コントローラ２１が、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上であるか否かを判別する。判別の結果、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上でない場合、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ４１の処理に戻す。一方、プログラムカウンタＮの値が所定値Ｎ_０以上である場合には、コントローラ２１はガス漏れ検出処理をステップＳ４８の処理に進める。

ステップＳ４８の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃに何らかの異常が生じることによって遮断弁３ｃが閉状態にあるにも係わらず遮断弁３ｃから水素が漏れ出すことにより遮断弁３ｃの下流側の水素ガス圧力が目標圧力値にならなかったと判断し、遮断弁３ｃに異常があると判定する。これにより、ステップＳ４８の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

ステップＳ４９の処理では、コントローラ２１は、遮断弁３ｃが正常な状態で動作していると判定する。これにより、ステップＳ４９の処理は完了し、一連のガス漏れ検出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるガス漏れ検出処理では、調圧弁４ｂを開閉させることなく遮断弁３ｃを開閉することにより遮断弁３ｃの異常状態を検出するので、上記第１及び第２の実施形態となるガス漏れ検出処理による技術的効果に加えて、調圧弁４ｂの耐久性を向上させることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

本発明の実施形態となる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態となるガス漏れ検出処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態となるガス漏れ検出処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態となるガス漏れ検出処理の流れを示すフローチャート図である。 図２，図３，及び図４に示すガス漏れ検出処理を説明するためのタイミングチャート図である。

符号の説明

１：燃料電池スタック
２：水素タンク
３ａ，３ｂ，３ｃ：遮断弁
４ａ，４ｂ：調圧弁
５：水素供給流路
６：水素循環流路
７：エゼクタ
８：水素排出流路
９：パージ弁
１０：コンプレッサ
１１：フィルタ
１２：加湿器
１３：空気供給流路
１４：凝縮器
１５：空気排出流路
１６：圧力制御弁
１７：セル電圧センサ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ：圧力センサ
１９：温度センサ
２０：水素センサ
２１：コントローラ

Claims (18)

1. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を介して燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料ガス流路内に配設された、開閉動作により燃料ガスの流入出を制御する遮断弁と、
   前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力を検出する圧力センサと、
   前記遮断弁の上流側と下流側との間に差圧が形成された時の遮断弁の下流側の燃料ガス圧力の変化に基づいて遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断する制御部と
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記遮断弁を開状態から閉状態に切り換え、前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に放出させることにより、前記遮断弁の上流側と下流側との間に差圧を形成することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記遮断弁の下流側の燃料ガス流路内に配設された、開閉動作により前記遮断弁から流出した燃料ガスの圧力を調整する調圧弁を備え、前記制御部は、前記調圧弁を閉状態から開状態に切り換えることにより前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に放出させることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、燃料電池システムのアイドルストップ移行時に前記調圧弁を閉状態から開状態に切り換えることにより前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に放出させることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力が大気圧に対し負圧である際に当該負圧を利用して前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に放出させることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、燃料電池システムのアイドルストップ時及び／又はアイドルストップ復帰時に負圧を利用して前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に放出させることを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池から排出された燃料ガスを燃料電池に循環させる循環機構を備え、前記制御部は、燃料電池システムのアイドルストップ時に前記循環機構を駆動させることにより前記遮断弁の下流側にある燃料ガスを前記燃料電池側に強制的に放出させることを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記遮断弁の上流側と下流側との間に所定値以上の差圧が形成された時の遮断弁の下流側の燃料ガス圧力の変化に基づいて遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
9. 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力が目標圧力値になるか否かによって遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
10. 請求項９に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力が規定時間内に目標圧力値になるか否かによって遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
11. 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力の下降率が正常時の下降率と同じであるか否かによって遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
12. 請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力の下降率が前回の下降率と同じであるか否かによって遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断することを特徴とする燃料電池システム。
13. 請求項１乃至請求項１２のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していると判断する事象が所定回数以上検出された場合に遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していると判断することを特徴とする燃料電池システム。
14. 請求項１乃至請求項１３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、燃料電池システムを起動する際に遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していると判断された回数が所定回数以上ある場合、燃料電池システムの起動を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
15. 請求項１４に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、燃料電池システムを起動する際に遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していると判断された回数が連続して所定回数以上ある場合、燃料電池システムの起動を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
16. 請求項１乃至請求項１５のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、過去の判断結果及び判断時期に応じて判断実施の要否を決定することを特徴とする燃料電池システム。
17. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を介して燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料ガス流路内に配設された、開閉動作により燃料ガスの流入出を制御する遮断弁と、前記遮断弁の下流側の燃料ガス圧力を検出する圧力センサとを備える燃料電池システムの異常検出方法であって、
    前記遮断弁の上流側と下流側との間に差圧が形成された時の遮断弁の下流側の燃料ガス圧力の変化に基づいて遮断弁からの燃料ガス漏れが発生していか否かを判断するステップ
    を有することを特徴とする燃料電池システムの異常検出方法。
18. 請求項１乃至請求項１６のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムを駆動源として備えることを特徴とする車両。

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